Obtenção de combustíveis destilação;

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1 BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas Principais Tópicos Abordados Combustíveis: Petróleo; Obtenção de combustíveis destilação; Hidrocarbonetos: alcanos, alcenos, alcinos Reações de combustão; Termoquímica, Lei de Hess.

2 Destilação cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími fracionada baseia-se nos diferentes pontos de ebulição dos hidrocarbonetos constituintes.

3 BC0307 Transformações Químicas

4 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Hidrocarbonetos PE ( o C) Fração C 1 ac a 0 Gás natural e propano C 5 a C a 200 gasolina C 10 a C a 400 Querosene e óleo combustível C 17 a C 22 > 350 Lubrificante C 23 a C 34 Solido Parafina C 35 Sólidos Asfalto INTENSIDADE DAS FORÇAS DE LONDON

5 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Tipos: Compostos que contém somente átomos de C e H 1. Aromáticos 2. Alifáticos Pentano, C 5 H 12 Etilbenzeno, C 6 H 5 CH 2 CH 3 Hexano, C 6 H 14

6 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Hidrocarboneto saturado: possui somente ligações C-C simples Pentano, C 5 H 12 Hidrocarboneto insaturado: possui uma ou mais ligações C-C C duplas ou triplas

7 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Fórmula estrutural condensada: mostra como os átomos estão agrupados CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH(CH 3 )CH 3 () indica o Butano Metil-propano grupo ligado ao átomo de C à esquerda CH 3 (CH 2 ) 2 CH 3 ( ) usado para grupo de átomos que se repetem

8 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími Ligações dos carbonos dos alcanos são simples em um arranjo tetraédrico com hibridização sp 3.

10 + BC0307 Transformações Químicas

14 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Hidrocarbonetos nos quais dois átomos de carbono compartilham mutuamente dois pares de elétrons, formando ligação dupla, em um arranjo trigonal planar com hibridização sp 2 hib 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 sp 2 p

16 Eteno, C 2 H 4 BC0307 Transformações Químicas

18 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími Hidrocarbonetos nos quais dois átomos de carbono compartilham mutuamente três pares de elétrons, formando ligação tripla em um arranjo linear com hibridização sp. 1s 2 2s 2 2p 2 hib 1s 2 sp p

20 Etino, C 2 H 2 BC0307 Transformações Químicas

21 = = = Nuvem deslocalizada de elétrons π BC0307 Transformações Quími cas

22 BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas Benzeno, C 6 H 6 Naftaleno, C 10 H 8 Antraceno, C 14 H 10 Substituinte: FENILA Ex: 2-fenil-butano CH 3 CH - CH 2 -CH 3

26 etanol BC0307 Transformações Químicas

28 Etoxietano nomenclatura oficial Éter dietílico nomenclatura usual Usado como anestésico BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas Pintura da primeira demonstração pública, em 1846, de cirurgia com anestesia com éter, no Hospital Geral de Massachusetts. Metoxietano CH 3 O CH 2 CH 3

31 BC0307 Transformações Químicas Geriz R et al, Quimica Nova, 30 (2007) 1369

32 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Reação química com o oxigênio, acompanhada de transferência de energia, e na forma de calor. CH 4(g) + 2O 2 (g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H = kj (Equação termoquímica) 1 mol de CH 4 produz 890 kj de calor em 298K e 1 bar

33 QUANTIDADE DE MATÉRIA uma das sete grandezas de base do sistema SI unidade: MOL BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas MOL a quantidade de matéria de uma sistema que possui tantas entidades elementares quanto são os átomos contidos em 0,012 kg de carbono 12. Devem ser especificadas: átomos, moléculas, elétrons, outras partículas ou agrupamentos especiais de tais partículas. QUAL É O NÚMERO DESTAS PARTÍCULAS? Constante de Avogadro: 6,02214x10 23 mol -1

35 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími um mol de um líquido (H 2 O) 18 gramas um mol de um gás (CO 2 ) 44 gramas um mol de um sólido (NaCl) 58,5 gramas

37 Qual é a MASSA MOLAR dos seguintes átomos / moléculas? BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas C 3 H 8 O 2 CO 2 H 2 O Au 44 g.mol g.mol g.mol g.mol g.mol -1 NaOH H 2 Ar HCl CuSO 4.2H 2 O 40 g.mol -1 2 g.mol g.mol -1 36,5 g.mol ,5 g.mol -1

38 A matéria não se perde em nenhuma reação química. BC0307 Transformações Químicas

39 Balanço de massa ZnS (s) + 2 HCl (aq) ZnCl 2 (s) + H 2 S (g) Massas Molares BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas ZnS = 97,5 g mol -1 97,5 g 73 g 136,5 g 34 g HCl = 36,5 g mol -1 (2 x 36,5) ZnCl 2 = 136,5 g mol -1 H 2 S = 34 g mol ,5 g 170,5 g Esta é a PROPORÇÃO em MASSA desta reação. Assim, o dobro da massa de ZnS (195,0 g) reagiria com o dobro da massa de HCl (146,0 g), formando o dobro de massa de cada produto. O mesmo raciocínio vale para a proporção em quantidade de matéria dos reagentes desta reação.

40 CH 4(g) + 2O 2 (g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H = kj BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas 1 mol de CH 4 produz 890 kj de calor em 298K e 1 bar 2 mol de CH 4 vão produzir kj B g de CH 4 vão produzir kj 48 L de CH 4 vão produzir kj x10 23 moléculas de CH 4 vão produzir kj

42 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími Calor transferido E = q + w Trabalho Variação de energia realizado pelo sistema Bconservada! Energia é

43 ENDOtérmico: o calor é transferido da VIZINHANÇA para o SISTEMA. BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas T(sistema) aumenta enquanto T (vizinhança) diminui

44 O calor é sempre transferido do objeto mais quente para o mais frio EXOtérmico: o calor é transferido do SISTEMA para a VIZINHANÇA. N cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími T(sistema sistema) diminui enquanto a T(vizinhança vizinhança) aumenta

45 Reação química com o oxigênio, acompanhada de transferência de energia, na forma de calor. BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas CH 4(g) + 2O 2 (g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H = kj 1 mol de CH 4 produz 890 kj de calor em 298K e 1 bar Variação da Entalpia ( H): diferença entre as quantidades finais e iniciais de H a P constante Entalpia (H): quantidade de calor de uma substância a pressão constante

46 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas CH 4(g) + 2O 2 (g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H = kj 2CH 4(g) + 4O 2 (g) 2CO 2(g) + 4H 2 O (l) H H = kj 2CO 2(g) +4H 2 O (l) 2(g) 2 (l) 4(g) 2 (g) 2CH 4(g) +4O 2 (g) H = kj

47 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Substância Benzeno Fórmula C 6 H 6(l) H o c Carbono C (s, grafita) Etanol C 2 H 5 OH (l) Etino (acetileno) C 2 H 2(g) Glicose C 6 H 12 O 6(s) Hidrogênio H 2(g) Metano CH 4(g) Octano C 8 H 18(l) Propano C 3 H 8(g) Uéi Uréia CO(NH 2 ) 2(s) - 632

48 Calorimetria a pressão constante Bomba calorimétrica (calorimetria de volume constante) BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas usada p/ combustão

49 cas H = H final -H inicial es Quími ormaçõe Transfo BC0307 H final > H inicial H é positivo ENDOTÉRMICO H final < H inicial H é negativo EXOTÉRMICO

51 O calor liberado ou absorvido em uma reação depende dos estados físicos dos reagentes e produtos cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími CH 4(g) + 2O 2 (g) CH 4(g) +2 O 2 (g) CO 2(g) + 2H 2 O (g) H = kj CO 2(g) + 2H 2 O (l) H = kj

52 Depende de como se escreve a reação e dos estados físicos dos reagentes e dos produtos BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas H 2 2(g) + 1/2 O 2 2(g) H 2 O(g) H = -242 kj 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(g) H = -484 kj H 2 O(g) H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H = +242 kj H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H 2 O(l) H = -286 kj Entalpia padrão de formação molar ( H fo ) é a variação de H para a formação de 1 mol de um composto a partir de substâncias simples no estado padrão. H fo = 0 para elementos ou moléculas (substâncias simples) no estado padrão.

54 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Utilizando uma tbl tabela de entalpia tli padrão dã de formação, calcule a entalpia de combustão do metanol, H o comb CH 3 OH(g) + 3/2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) H o o o comb = H fo (produto) - H fo (reagente) H o = H fo (CO 2 )+ 2 H fo (H 2 O) -{3/2 H fo (O 2 ) + H fo (CH 3 OH)} = ( kj) + 2 ( kj) - {0 + ( kj)} H o = kj por mol de metanol

55 C/o calcular l o H de uma sequência de reacões? BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas

56 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Se uma reação for executada em uma série de etapas, o H H para a reação será igual à soma das variações de entalpia para as etapas individuais id i Função de Estado

58 CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) H o =? BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (g) H o = -802 kj 2H 2 O (g) 2H 2 O (l) H o = -88 kj CH 4(g) + 2O 2(g) +2HO 2 (g) CO 2(g) +2HO 2 (l) + 2H 2 O (g) H o = kj

59 Fornece um meio útil de se calcular as variações de energia que são difíceis de medir diretamente. BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas

60 Fornece um meio útil de se calcular as variações de energia que são difíceis de medir diretamente. cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími Ciclo de Born-Haber para determinar a entalpia de rede

61 Exercício: BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Como medir diretamente a entalpia de combustão do C para formar CO? (1) C (s) + O 2(g) CO 2(g) H =-393,5 kj (2) CO (g) + ½ O 2(g) CO 2 (g) H = -283,0kJ (g) (g) (g) Utilizando-se esses dados, calcule a entalpia de combustão de C para CO: (3) C (s) + 1/2O 2(g) CO (g)

62 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Vl Valor de combustão = a energia liberada quando 1 g de substância é queimada. 1 caloria nutricional, 1 Cal = 1000 cal = 1 kcal = 4,184 joules A energia em nossos corpos vem de carboidratos e gorduras (principalmente) Carboidratos são convertidos em glicose: C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g)+ 6H 2 O(l), H = kj E as gorduras: 2C 57 H 110 O 6 (s) + 163O 2 (s) 114CO 2 (s) + 110H 2 O(l), H = -75,520 kj Gorduras: contêm mais energia; não são solúveis em água; portanto são boas para armazenagem de energia

63 Onde estudar? 1) ATKINS, P., JONES, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, ) KOTZ, J. C., TREICHEL Jr., P., Química Geral e Reações Químicas, Vol. 1 e 2, 1 ed., São Paulo: Thomson Pioneira, BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas 3) BRADY, J., HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 2, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, ) BROWN, T.L., Le MAY Jr., H.E.; BURSTEN, B.E., Química - a Ciência Central, 9 ed., São Paulo: Pearson, ) BROWN, L. S., HOLME T.A., Química Geral Aplicada à Engenharia, São Paulo: Cengage, ) HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., BRADY, J., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 1, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, ) MAHAN, B.M., MYERS, R.J., Química um Curso Universitário, 4 ed., São Paulo: Ed. Blücher, ) MASTERTON, W.L., Princípios de Química, 6 ed., Rio de Janeiro: LTC, Conceitos que devem ser estudados: Petróleo; obtenção de combustíveis (destilação); Hidrocarbonetos: alcanos, alcenos, alcinos, aromáticos; Reações de combustão; Termoquímica, Lei de Hess, cálculo de entalpia.